爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术公开的爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统及测试方法，涉及超深油气井管柱动态响应测试系统及测试方法，属于开发油气田过程中的测井技术领域。本发明专利技术的测试系统包括加速度测试机械系统和电子电路及支持软件子系统。加速度测试机械系统包括加速度传感器和测试系统壳体，测试系统壳体主要由加速度计头、缓冲连接件、保温套连接件、保温套、电路板支架、外套和后盖组件组成。加速度传感器受到保温套的保护与外界高温条件隔离，可以在极端环境下正常工作。本发明专利技术还公开基于测试系统实现的测试方法。本发明专利技术能够测量极端环境下射孔枪轴向、径向、周向加速度，并通过对测量的加速度信息分析处理研究冲击波加载规律以及管柱动力学响应规律。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其涉及射孔作业条件下超深油气井管柱动态响应测试系统及测试方法，属于开发油气田过程中的测井

技术介绍
射孔作业的目的在于使井筒与油气层之间形成通路，是油气田开采的关键环节，射孔技术的发展与完善对油气田的高效开采具有重要的现实意义和实用价值。由于井下环境条件复杂而恶劣，射孔作业过程也越来越复杂，井筒、管柱失稳及损伤的可能性也相应提升。而管柱在爆炸冲击下的动态力学响应是射孔作业管柱损伤研究的关键问题。目前，国内外的研究主要集中于动静力学的数值模拟，必要的实验手段和研究方法也不够完善。而对于具体实验而言，由于井下管柱动力学响应的测试需要在地下上千米的区域进行，井下温度接近70摄氏度，这样的温度容易使得普通加速度传感器产生温度漂移，造成测量结果的不准确；而耐高温的加速度传感器价格高，提升了检测成本；此外，由于射孔弹的壳体效应、射孔枪的管道效应以及多点爆炸产生的冲击波耦合效应，射孔段管柱的冲击波加载规律以及管柱动力学响应规律极为复杂，传统的模拟和测试方式难以全面的对管柱的动力学响应进行测试。
技术实现思路
本专利技术公开的，要解决的技术问题是提供，能够测量极端环境下射孔枪轴向、径向、周向加速度，并通过对测量的加速度信息分析处理研究冲击波加载规律以及管柱动力学响应规律。所述的极端环境指超深油气井下射孔作业环境，主要包括高温条件下的爆炸冲击作用，测量极端环境下射孔枪轴向、径向、周向加速度对研究冲击波加载规律以及管柱动力学响应规律具有重要意义，为管柱抗损伤设计提供数据支撑，对保证管柱强度需求、提高产油率有重大意义。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的:本专利技术公开的爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统，包括加速度测试机械系统和电子电路及支持软件子系统。加速度测试机械系统包括加速度传感器和测试系统壳体，测试系统壳体主要由加速度计头、缓冲连接件、保温套连接件、保温套、电路板支架、外套和后盖组件组成；加速度计头用于连接射孔枪和测试仪器，并由端盖进行密封；加速度计头的侧面开有用于安装控制面板的窗口，所述的窗口盖上开有便于安装及密封的扳手槽和密封槽。缓冲连接件由缓冲连接杆、橡胶圈、缓冲定位圈、螺母四部分组成，缓冲连接杆上加装定位销以保证定位圈不绕轴线转动，缓冲连接件通过螺栓与保温套连接件进行定位。保温套连接件由保温套连接套和保温套连接杆组成，保温套连接杆一端有凸台，凸台尺寸与保温套通口尺寸相适配，保温套连接杆的另一端为半圆柱体，半圆柱体深入到保温套内，半圆柱体上钻有圆柱孔，通过金属回形框架与电路板支架固连，保温套连接件中央有线路孔；外套一端与加速度计头螺纹连接，另一端与后端盖螺纹连接。后端盖和外套固定连接，同时起到定位保温套的作用。尼龙套位于保温套和后端盖之间。电路板支架与保温桶连接杆通过螺钉固定，装在保温套中，电源线和控制线从保温套引出，通过加速度计头的窗口盖。加速度传感器安装在保温套内部保温套横截面上，与保温套连接杆连接，用于测量枪管管壁加速度响应。所述的加速度传感器包括周向加速度传感器、轴向加速度传感器、径向加速度传感器，根据测试需要选择安装周向加速度传感器、轴向加速度传感器、径向加速度传感器。电路板支架与保温桶连接杆通过螺钉固定，装在保温套中，电源线和控制线从保温套引出，通过加速度计头的窗口盖，周向加速度传感器、轴向加速度传感器、径向加速度传感器安装在保温套内部保温套横截面上，引线直接与电路板相连。加速度传感器由于受到保温套的保护与外界高温条件隔离，可以适应极端环境，在极端环境下正常工作。用于测量枪管管壁加速度响应的加速度传感器为压电式加速度传感器。对轴向加速度进行测量时，轴向加速度传感器沿轴向安装在保温套连接件的保温套连接杆上。对径向加速度进行测量时，径向加速度传感器沿径向安装在保温套连接件的保温套连接杆上。对周向加速度进行测量时，即在测试周向过载时，周向加速度传感器安装在保温套连接件的保温套连接杆的中部，周向加速度传感器包括两个传感器，两个传感器满足如下位置关系，选取与射孔枪同轴的保温套连接杆以中心面为基准面，互成180度铣掉两个扇形凸台，两个传感器底面与中心面平行，两个传感器互成180度固定在扇形凹槽内。所述的周向加速度传感器安装位置优选为，安装在距离射孔枪轴线19.5mm，位于同一中心切面，两传感器轴线距离为39mm。作为优选，所述的加速度传感器安装在机械滤波性能较好的聚四氟乙烯上以减小结构本身的影响。电子电路及支持软件子系统由加速度传感器输出信号的数字化记录系统以及加速度模拟信号的处理、存储软硬件组成。电子电路及支持软件子系统工作方式为，电荷放大器的作用主要是放大加速度原始电荷信号，压力放大器将经过电荷放大器放大的信号进行二次放大，将信号调节至2.4?2.6mv,滤波电路用于清除干扰信号，防噪音，AD转换将模拟信号转换为数字信号，缓存器用于将采集到的数据临时存储在缓存器中，E2PR0M存储器用于数据在系统断电的时候不丢失数据。最后数据通过数据接口传递到上位机上来。基于爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统的爆炸冲击下井下管柱动态响应测试方法，包括如下步骤，步骤一，根据实验需要布设安装爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统，调试测试系统工作正常，并检查测试装置的密封性能，设定好延时时间及触发阈值。步骤二，将爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统与射孔枪相连，打开爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统电源并使系统待机。步骤三，将射孔枪和爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统下到试验井中并下沉至一定深度。步骤四，到达预设时间后子系统开始工作，处于待触发状态，导爆索起爆给出起爆信号起爆射孔弹，系统接收到触发信号后将预设时间段内的加速度模拟信号进行分析处理，存入存储器，采样结束。步骤五，射孔作业结束后取出射孔枪和测试装置，从枪管上卸下爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统，通过接口电路与计算机进行通信，提取极端环境下射孔枪轴向、径向、周向加速度测试结果，在计算机上进行信号处理与分析，测量极端环境下射孔枪轴向、径向、周向加速度对研究冲击波加载规律以及管柱动力学响应规律具有重要意义，为管柱抗损伤设计提供数据支撑，对保证管柱强度需求、提高产油率有重大意义。有益效果:1、本专利技术公开的，能够测量极端环境下射孔枪轴向、径向、周向加速度，并通过对测量的加速度信息分析处理研究冲击波加载规律以及管柱动力学响应规律。2、本专利技术公开的，具有结构简单、测试数据全面准确、适应性强、稳定性高等特点。3、本专利技术公开的，可用于井下射孔段管柱在爆炸载荷下的动态响应的测试和研当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
爆炸冲击下井下管柱动态响应测试系统，包括加速度测试机械系统和电子电路及支持软件子系统；其特征在于：加速度测试机械系统包括加速度传感器和测试系统壳体(20)，测试系统壳体(20)主要由加速度计头(1)、缓冲连接件(3)、保温套连接件(4)、保温套(6)、电路板支架(7)、外套(5)和后盖组件(9组成；加速度计头(1)用于连接射孔枪和测试仪器，并由端盖进行密封；加速度计头(1)的侧面开有用于安装控制面板(2)的窗口，所述的窗口盖上开有便于安装及密封的扳手槽和密封槽；缓冲连接件(3)由缓冲连接杆、橡胶圈、缓冲定位圈、螺母四部分组成，缓冲连接杆上加装定位销以保证定位圈不绕轴线转动，缓冲连接件(3)通过螺栓与保温套连接件(4)进行定位；保温套连接件(4)由保温套连接套和保温套连接杆组成，保温套连接杆一端有凸台，凸台尺寸与保温套(6)通口尺寸相适配，保温套连接杆的另一端为半圆柱体，半圆柱体深入到保温套(6)内，半圆柱体上钻有圆柱孔，通过金属回形框架与电路板支架(7)固连，保温套连接件(4)中央有线路孔；外套(5)一端与加速度计头(1)螺纹连接，另一端与后端盖(9)螺纹连接；后端盖(9)和外套(5)固定连接，同时起到定位保温套(6)的作用；尼龙套(8)位于保温套(6)和后端盖(9)之间；电路板支架(7)与保温桶连接杆(4)通过螺钉固定，装在保温套(6)中，电源线和控制线从保温套(6)引出，通过加速度计头(1)的窗口盖；加速度传感器安装在保温套(6)内部保温套(6)横截面上，与保温套连接杆连接，用于测量枪管管壁加速度响应；所述的加速度传感器包括周向加速度传感器(11)、轴向加速度传感器(12)、径向加速度传感器(13)，根据测试需要选择安装周向加速度传感器(11)、轴向加速度传感器(12)、径向加速度传感器(13)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马峰，王树山，周海峰，贾曦雨，卢熹，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11